книги из ГПНТБ / Диденко Н.Ф. Машины для уборки овощей

а уменьшается по мере удаления сечения от центра диска, пред­ ставляет интерес зависимость минимально допустимого радиуса сферы диска от его параметров для сечения диска горизонталь­ ной плоскостью, удаленной на расстояние h от дна борозды. Для этого сечения связь между углами у, О и Д запишем в сле­ дующем виде:

У 2а — а2

Формула (93) показывает, что предельно допустимый угол при вершине сектора диска тем больше, чем больше угол уста­ новки диска в горизонтальной плоскости и чем меньше отноше-

Рис. 111. Геометрические элементы в сечении диска плоскостью, про­ веденной через ось его вращения:

а — сферический диск; б — диск рекомендуемой формы

ние глубины хода диска к его диаметру. В почвообрабатываю­ щих орудиях (дисковых плугах и лущильниках) угол у находит­ ся в пределах 30—45°, что обеспечивает свободу выбора угла # в широких пределах. Лишь дисковые бороны имеют угол у = = 10 4-25°. Для них допускается отрицательное значение зад­ него угла резания, а заглубление дисков в почву осуществляется с помощью грузов. Но и в этом случае абсолютное значение зад­ него угла резания принимают таким, чтобы оно не превышало значения угла заточки лезвия Д во избежание взаимодействия со стенкой борозды выпуклой поверхности диска.

дится в пределах 0,2—0,3. Подставляя значения а и у в выраже­ ние (93), получаем О + А ^ 17 -г 20°. Анализ конструкций дис­ ковых копачей свеклоуборочных машин показывает, что во мно­ гих случаях данное условие не выполняется. Этим объясняется самовыглубление дисков на плотных почвах и повышенные за­ траты мощности машинами. По данным А. И. Портянко и В. И. Ужвюка, для заглубления сферических дисков в почву на 9—10 см следует каждый копач нагружать силой до 1000 кгс. На большую глубину сферические диски заглубить часто вооб­ ще не удается.

чей на выкапывании моркови может быть получена только при Ф = 0. Следовательно, для уборки моркови могут быть рекомен­ дованы плоские диски.

В многорядной машине, где предельное значение угла макси­ мального раскрытия ограничивается шириной междурядья, для обеспечения свободного рассредоточения почвенного пласта в русле копачей могут применяться диски комбинированной формы

— с плоским лезвием и вогнутой внутренней частью (сфериче­ ской или конической) при условии, что вогнутая поверхность не выходит за пределы конуса, образуемого продолжением поверх­ ности заточки лезвия (рис. 111, б).

Диски с плоским лезвием меньше повреждают корнеплоды, чем сферические. Лезвия последних в зоне максимального схож­ дения образуют угол е + 2й\ Для снижения концентрации дав­ ления на нижнюю, наиболее хрупкую часть корнеплода и умень­ шения его боковых порезов угол между лезвием диска и боко­ вой поверхностью корнеплода должен быть минимальным. Это условие выдерживается только у плоских дисков.

На качество работы дисковых копачей оказывает влияние также форма лезвия. Диски с гладким лезвием наиболее полно извлекают и меньше повреждают корнеплоды, так как, воздейст­ вуя через слой почвы, они сдвигают к центру корнеплоды, сме­ щенные в сторону относительно оси ряда. Кроме того, они не забиваются растительными остатками даже при работе на силь­ но засоренных участках.

Диски с вырезным лезвием и особенно долотообразные ин­ тенсивно деформируют почвенный пласт. Поэтому долотообраз­ ные диски применяются для выкапывания сахарной свеклы на сухих твердых почвах.

Пальчатые диски также интенсивно крошат почву. Другим преимуществом этих дисков является то, что из них легче осво­ бождается выкопанный пласт почвы с корнеплодами. Это имеет немаловажное значение для выкапывания корней моркови, так как морковь часто убирают при неблагоприятных климатиче­ ских условиях на переувлажненных почвах, а копачи заглубляют на большую величину, чем при уборке сахарной свеклы. Для снижения забиваемости растительными остатками спицы паль­ чатых дисков необходимо устанавливать не радиально, а с от­ клонением от радиуса в направлении, противоположном направ­ лению вращения дисков, на угол

т} ^ a r c s i n —----------ф ,

'■1

где Яі = — (здесь R — радиус диска) ;

г

Ф — угол трения ботвы и сорняков по поверхности диска.

Принимая почву однородной, а давление поверхности диска р постоянным, для сплошного диска запишем

где hi = --------- высота погруженной в почву части диска; cos ß

R — радиус диска.

Элементарные силы трения площадок поверхности диска пер­ пендикулярны к радиусу-вектору /, проведенному из мгновенного центра вращения Q.

Поместив начало координат в точку Q, определим проекцию на ось X силы трения для элементарного кругового сектора

где г — расстояние от мгновенного центра вращения до окруж­ ности лезвия.

Подставляя значение / из выражений (96) и (97) в зависи­ мость (95) и интегрируя ее по £ в пределах от 0 до я, получаем составляющую сдвигающей силы от сил трения для одной щеки диска

X [2 (R — z f cos21 + R2 — (R — z f + 2(R — z)cos I x

X V(R— z f cos2l + R2— (R— zf] cos I dl

= — fp(hi— z f cos у In tg fp cos y(R —z f x

x ^sin li —sin° Y fp cosy [R2— (R— zf] sin h +

Я____________________________________________________________

+f(R — z) j‘ cos2 g V{R— z f cos2l + R2 — (R— z f d \ .

/ = (1 — b) j cos2 | / ( 1 — b)2cos2 \ + 2b—b2 d\. ti

Последний интеграл решается приближенно методом числен­ ного интегрирования.

Решая уравнение (99) относительно коэффициента b и поль­ зуясь формулой

где Vo — окружная скорость дисков;

ц.м — поступательная скорость машины, определим для любых параметров дисковых копачей окружную

скорость дисков, при которой суммарная сдвигающая сила на корнеплод равна нулю.

Уравнение (99) графически может быть представлено в виде номограммы (рис. 113).

В нижней части номограммы, представляющей правую часть уравнения (99), на оси ординат наряду с коэффициентом а отло­ жим расчетные значения заглубления дисков h, получаемые из

Шкалой заглубления h следует пользоваться при диаметре диска D = 710 мм, наиболее распространенном в свеклоубороч­ ных машинах, и угле развала 2ß = 25°. При других значениях D и 2ß нужно пользоваться шкалой коэффициента а и формулой

( 101) .

Например, для 2ß = 25°; 2у = 24°; f = 0,85; h — 150 мм и D = 710 мм на­ ходим на номограмме b = 0,325 и пользуясь формулой (100), определяем от­ ношение окружной скорости диска к поступательной скорости машины іі0/рм = = 1,450.

Отсутствие на номограмме области отрицательных значений коэффициента b означает, что при любых параметрах дисков условие равновесия сил, действующих на корнеплод, выполняет­ ся только при Яі > 1, т. е. при работе дисков с принудительным вращением. У пассивных дисков Ài « 1,0. Более того, как пока­ зывают эксперименты, по характеру силового воздействия на корнеплод пассивные диски аналогичны активныім, име­

ющим U = 0,80 -и 0,85. Рассмотренные теорети­

ческие зависимости относят­ ся к сплошным дискам, а в корнеплодоуборочных ма­ шинах применяются диски решетчатые. Продавливание почвы через просветы (ок­ на) в дисках приводит к сни­ жению составляющей сдви­ гающей силы от сил нор­ мального давления и к уменьшению левой части уравнения (99).

Чтобы компенсировать искажение, связанное с продавливанием почвы через окна решетчатых дисков, в уравнение (99) следует под­ ставлять более высокое зна­ чение коэффициента трения, который для решетчатого диска прямым измерением найти нельзя, так как он за­ висит не только от свойств

почвы и состояния поверхности диска, но и от положения мгно­ венного центра вращения.

Измерения сил, действующих на корнеплод в процессе выка­ пывания, проведенные с помощью тензометрирования на макетах корнеплодов, показали, однако, что номограммой можно поль­ зоваться и для определения окружной скорости решетчатых дис­ ков [32]. Последние при работе на тяжелых суглинках влажно­ стью 14—22% идентичны сплошным, имеющим коэффициент трения почвы 0,85—0,90.

Результаты экспериментов подтверждают теоретические за­ висимости влияния параметров дисковых копачей на сдвигаю­ щую силу и показывают, что эта сила зависит главным образом от трех параметров: угла атаки, глубины подкапывания и коэф­ фициента трения почвы о поверхность диска. Зависимости, по­ лученные при экспериментальных исследованиях, с достаточной

степенью точности совпадают с теоретическими (рис. 114). Например, при глубине хода дисков 150 мм и угле атаки 24° условие равновесия сил, действующих на корнеплод в горизон­ тальной плоскости, выполняется при ѵ0!ѵм = 1,45 (см. рис. 113

и 114).

Поскольку в полевых условиях оптимальное отношение ѵа/ѵм поддерживать трудно, то представляет интерес характер измене­ ния сдвигающей силы при отступлении от оптимального значения в меньшую или большую сторону.

Как видно из рис. 115, даже небольшое уменьшение окружной скорости дисков по сравнению с оптимальной приводит к резкому увеличению сдвигающей силы. При увеличении окружной скоро­ сти сдвигающая сила изменяет знак. Абсолютное ее значение вначале возрастает до некоторого предела, а затем начинает уменьшаться, так как из-за фрезерного воздействия дисков на

Рис. 114. Зависимости оптимальной окружной скорости от параметров дисковых копачей:

7~ % 'УМ = /üg ф); 2Ѵ = 24°;

2ѵ = 24°; tg cp —0,85; сплош­ ные линии — теоретиче­ ские зависимости; штрихо­ вые — экспериментальные

почву вынос ее из сужающего русла опережает сжатие, что приводит к ослаблению захватывающей способности ди­ сков.

При увеличении влажности почвы о 14 до 22% оптимальная окружная скорость изменяется незначительно, но интенсивность изменения сдвигающей силы возрастает. Следовательно, при по­ вышенной влажности почвы отклонение окружной скорости от оптимальной может привести к более заметному повышению повреждений корнеплодов. Аналогичным образом на интенсив­ ность изменения сдвигающей силы влияет повышение твердости почвы.

Сравнивая зависимости изменения сдвигающей силы от окружной скорости (рис. 115) с прочностными характеристиками моркови (см. рис. 3), можем убедиться, что абсолютное значение сдвигающей силы при и0/щ, > 1,45 не превышает прочность корней. Как показывает график (см. рис. 3), усилие излома кор­ ня моркови диаметром d ^ 36 мм превышает 20 кгс, в то время

ками и активными с отношением скоростей ѵ0/ѵм < 1,45, а полу­ ченное в результате теоретических исследований значение отно­ шения окружной скорости дисков к поступательной скорости машины следует считать нижним (критическим) пределом рабо­ чего режима дисковых копачей.

Боковые давления и выжимающая сила также зависят от конструктивных и кинематических параметров дисковых копачей. Эксперименты показывают, что выжимающая сила зависит от боковых давлений. Уменьшение или увеличение боковых давле­ ний сопровождается аналогичным изменением выжимающей силы.

С увеличением угла атаки 2у в пределах 0—25° при 2ß = = 18° = const среднее значение боковых давлений рср возраста­ ет в пределах 0,18—5,89 кгс/см2, а выжимающая сила — 2,6— 49,7 кгс.

Изменение угла развала 2ß в интервале 6—18° при 2у = = 20° = const влияет главным образом на равномерность рас­ пределения давлений — среднее значение боковых давлений ко­ леблется в пределах 4,31—5,95 кгс/см2, а выжимающая сила — 47,1—51,8 кгс.

При увеличении угла развала до 24° боковое давление сни­ жается до 0,97 кгс/см2 и выжимающая сила до 19,8 кгс.

Зависимости боковых давлений и выжимающей силы от ок­ ружной скорости дисков представлены на рис. 116. При отноше­ нии окружной скорости дисков к поступательной скорости ма­ шины ѵ0/ѵм ^ 1,7 выжимающая сила превышает 40 кгс. Повы-